可插拔组件设计机制—SPI

作者：京东物流 孔祥东

1.SPI 是什么？

SPI 的全称是Service Provider Interface,即提供服务接口；是一种服务发现机制，SPI 的本质是将接口实现类的全限定名配置在文件中，并由服务加载器读取配置文件，加载实现类。这样可以在运行时，动态为接口替换实现类。正因此特性，我们可以很容易的通过 SPI 机制为我们的程序提供拓展功能。

如下图：

系统设计的各个抽象，往往有很多不同的实现方案，在面对象设计里，一般推荐模块之间基于接口编程，模块之间不对实现硬编码，一旦代码涉及具体的实现类，就违反了可插拔的原则。Java SPI 就是提供这样的一个机制，为某一个接口寻找服务的实现，有点类似IOC 的思想，把装配的控制权移到程序之外，在模块化涉及里面这个各尤为重要。与其说SPI 是java 提供的一种服务发现机制，倒不如说是一种解耦思想。

2.使用场景？

• 数据库驱动加载接口实现类的加载；如：JDBC 加载Mysql,Oracle...
• 日志门面接口实现类加载,如：SLF4J 对log4j、logback 的支持
• Spring中大量使用了SPI，特别是spring-boot 中自动化配置的实现
• Dubbo 也是大量使用SPI 的方式实现框架的扩展，它是对原生的SPI 做了封装，允许用户扩展实现Filter 接口。

3.使用介绍

要使用 Java SPI，需要遵循以下约定：

• 当服务提供者提供了接口的一种具体实现后，需要在JAR 包的META-INF/services 目录下创建一个以“接口全限制定名”为命名的文件，内容为实现类的全限定名；
• 接口实现类所在的JAR放在主程序的classpath 下，也就是引入依赖。
• 主程序通过java.util.ServiceLoder 动态加载实现模块，它会通过扫描META-INF/services 目录下的文件找到实现类的全限定名，把类加载值JVM,并实例化它；
• SPI 的实现类必须携带一个不带参数的构造方法。

示例：

spi-interface 模块定义

定义一组接口：public interface MyDriver

spi-jd-driver

spi-ali-driver

实现为：public class JdDriver implements MyDriver
  public class AliDriver implements MyDriver

在 src/main/resources/ 下建立 /META-INF/services 目录， 新增一个以接口命名的文件 (org.MyDriver 文件)

内容是要应用的实现类分别 com.jd.JdDriver和com.ali.AliDriver

spi-core

一般都是平台提供的核心包，包含加载使用实现类的策略等等，我们这边就简单实现一下逻辑：a.没有找到具体实现抛出异常 b.如果发现多个实现，分别打印

public void invoker(){
    ServiceLoader<MyDriver>  serviceLoader = ServiceLoader.load(MyDriver.class);
    Iterator<MyDriver> drivers = serviceLoader.iterator();
    boolean isNotFound = true;
    while (drivers.hasNext()){
        isNotFound = false;
        drivers.next().load();
    }
    if(isNotFound){
        throw new RuntimeException("一个驱动实现类都不存在");
    }
}

spi-test

public class App 
{
    public static void main( String[] args )
    {
        DriverFactory factory = new DriverFactory();
        factory.invoker();
    }
}

1.引入spi-core 包，执行结果

2.引入spi-core,spi-jd-driver 包

3.引入spi-core,spi-jd-driver,spi-ali-driver

4.原理解析

看看我们刚刚是怎么拿到具体的实现类的？

就两行代码：

ServiceLoader<MyDriver>  serviceLoader = ServiceLoader.load(MyDriver.class);
Iterator<MyDriver> drivers = serviceLoader.iterator();

所以，首先我们看ServiceLoader 类：

public final class ServiceLoader<S> implements Iterable<S>{
//配置文件的路径
 private static final String PREFIX = "META-INF/services/";
    // 代表被加载的类或者接口
    private final Class<S> service;
    // 用于定位，加载和实例化providers的类加载器
    private final ClassLoader loader;
    // 创建ServiceLoader时采用的访问控制上下文
    private final AccessControlContext acc;
    // 缓存providers，按实例化的顺序排列
    private LinkedHashMap<String,S> providers = new LinkedHashMap<>();
    // 懒查找迭代器，真正加载服务的类
    private LazyIterator lookupIterator;
  
 //服务提供者查找的迭代器
    private class LazyIterator
        implements Iterator<S>
    {
 .....
private boolean hasNextService() {
            if (nextName != null) {
                return true;
            }
            if (configs == null) {
                try {
//全限定名：com.xxxx.xxx
                    String fullName = PREFIX + service.getName();
                    if (loader == null)
                        configs = ClassLoader.getSystemResources(fullName);
                    else
                        configs = loader.getResources(fullName);
                }
            }
            while ((pending == null) || !pending.hasNext()) {
                if (!configs.hasMoreElements()) {
                    return false;
                }
                pending = parse(service, configs.nextElement());
            }
            nextName = pending.next();
            return true;
        }


        private S nextService() {
            if (!hasNextService())
                throw new NoSuchElementException();
            String cn = nextName;
            nextName = null;
            Class<?> c = null;
            try {
//通过反射获取
                c = Class.forName(cn, false, loader);
            }
            if (!service.isAssignableFrom(c)) {
                fail(service, "Provider " + cn  + " not a subtype");
            }
            try {
                S p = service.cast(c.newInstance());
                providers.put(cn, p);
                return p;
            }
        }
........

大概的流程就是下面这张图：

• 应用程序调用ServiceLoader.load 方法
• 应用程序通过迭代器获取对象实例，会先判断providers对象中是否已经有缓存的示例对象，如果存在直接返回
• 如果没有存在，执行类转载读取META-INF/services 下的配置文件，获取所有能被实例化的类的名称，可以跨越JAR 获取配置文件通过反射方法Class.forName()加载对象并用Instance() 方法示例化类将实例化类缓存至providers对象中，同步返回。

5.总结

优点：解耦

SPI 的使用，使得第三方服务模块的装配控制逻辑与调用者的业务代码分离，不会耦合在一起，应用程序可以根据实际业务情况来启用框架扩展和替换框架组件。

SPI 的使用，使得无须通过下面几种方式获取实现类

• 代码硬编码import 导入
• 指定类全限定名反射获取，例如JDBC4.0 之前；Class.forName("com.mysql.jdbc.Driver")

缺点：

虽然ServiceLoader也算是使用的延迟加载，但是基本只能通过遍历全部获取，也就是接口的实现类全部加载并实例化一遍。如果你并不想用某些实现类，它也被加载并实例化了，这就造成了浪费。获取某个实现类的方式不够灵活，只能通过Iterator形式获取，不能根据某个参数来获取对应的实现类。

6.对比